電力系統(tǒng)與供電電壓等級課件

【知識目標】1．理解電力系統(tǒng)、電力網等基本概念；2．了解發(fā)電廠及變電站的基本形式；3．掌握電氣設備的額定電壓確定方法?！灸芰δ繕恕?．能解釋電力系統(tǒng)、電力網；2．能確定電氣設備的額定電壓。2.1電力系統(tǒng)與供電電壓等級11875年，世界上最早的發(fā)電廠——巴黎北火車站電廠建成，用于照明供電；1878年，法國建成第一座水電廠；1879年，美國舊金山實驗電廠開始發(fā)電，成為世界上最早出售電力的電廠；1882年，法國開始進行遠距離高壓直流輸電，同時，英國、日本、俄羅斯也相繼修建了發(fā)電廠。一、國內外電力工業(yè)發(fā)展史2我國于1978年底，全國發(fā)電裝機容量達到5.712×103萬kW，年發(fā)電量達到2.566×103億kWh，居世界第七位。與此同時，東北、京津唐、華中、華東電網形成了220kV主干網架。一、電力工業(yè)發(fā)展概況3改革開放以來，我國的大區(qū)聯網和西電東送聯網建設不斷加強。經過多年建設，除去我國臺灣省和港、澳地區(qū)外，全國已經形成華北、東北、華東、華中、西北、川渝和南方聯營等七個跨省區(qū)電網，及山東、福建、海南、烏魯木齊和拉薩等五個獨立的省級電網。在跨省電網和部分獨立省網中形成500kV（或330kV）的骨干網架。一、電力工業(yè)發(fā)展概況5但是，隨著我國國民經濟的高速發(fā)展與人民生活用電的急劇增長，電力工業(yè)的發(fā)展仍不能滿足整個社會發(fā)展的需要；由于我國人口眾多，因此在按人口平均用電方面，還遠遠落后于一些發(fā)達國家。我國的電力工業(yè)必須持續(xù)、穩(wěn)步地大力發(fā)展。一、電力工業(yè)發(fā)展概況6電力生產企業(yè)的任務：把一次能源轉換為電能，并輸送、分配和銷售給電力用戶。一次能源：指煤、石油、天然氣、水能、地熱能、核能、風能、太陽能等以自然形態(tài)存在的能源。二、電力系統(tǒng)的構成7由發(fā)電廠、升壓變電站、輸電線路、降壓變電站及電力用戶所組成的統(tǒng)一整體，稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)加上帶動發(fā)電機轉動的動力裝置構成的整體稱為動力系統(tǒng)。其中，由各類升壓變電站、輸電線路、降壓變電站組成的電能傳輸和分配網絡稱為電力網。動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網三者關系如圖2.1所示。2、電力系統(tǒng)的定義9圖2.1動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力網關系示意圖2、電力系統(tǒng)的定義10發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，它是把各種天然能源（化學能、水能、原子能等）轉換成電能的工廠。按使用能源不同或轉換能源特點，發(fā)電廠有以下類型：火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠、新能源發(fā)電廠等。3、發(fā)電廠及其分類11圖2.2凝汽式火電廠生產過程示意圖13汽輪機帶動發(fā)電機旋轉，再將機械能變?yōu)殡娔?。在汽輪機中做過功的蒸汽排入凝汽器，循環(huán)水泵打入的循環(huán)水將排汽迅速冷卻而凝結，由凝結水泵將凝結水送到除氧器中除氧（清除水中的氣體，特別是氧氣），而后由給水泵重新送回鍋爐。由于在凝汽器中大量的熱量被循環(huán)水帶走，因此，凝汽式火電廠的效率較低，只有30％～40％。3.1火力發(fā)電廠及其分類14熱電廠與凝汽式火電廠不同之處是將汽輪機中一部分做過功的蒸汽從中段抽出來直接供給熱用戶，或經加熱器將水加熱后，把熱水供給用戶。這樣，便可減少被循環(huán)水帶走的熱量，提高效率，現代熱電廠的效率達60％～70％。3.1火力發(fā)電廠15壩后式水電廠斷面圖如圖2.3所示。其廠房建在攔河壩非溢流壩段的后面（下游側），不承受水的壓力，壓力管道通過壩體，適用于高中水頭。這是我國最常見的水電廠型式。3.2水力發(fā)電廠17圖2.3壩后式水電廠示意圖18核電廠是將原子核的裂變能轉換為電能的發(fā)電廠，燃料主要是鈾235（U235）。U235容易在慢中子的撞擊下裂變，釋放出巨大能量，同時釋放出新的中子。核能能量密度高，1克U235全部裂變時所釋放的能量為8×1010J，相當于2.7t標準煤完全燃燒時釋放的能量。作為發(fā)電燃料，鈾235（U235）運輸量小、發(fā)電成本低。3.3核電廠19變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力的場所，是聯系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。變電站有升壓和降壓之分。升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓部分，緊靠發(fā)電廠。降壓變電站通常運離發(fā)電廠而靠近負荷中心。4、變電站21（1）樞紐變電站樞紐變電站位于匯集有多個大電源和多回大容量聯絡線路的樞紐點。變電容量大，高壓側電壓等級多為330～500kV。4.1變電站的分類22（2）地區(qū)變電站地區(qū)變電站是供電給一個地區(qū)的主要供電點。一般從2-3條輸電線路受電；受電電壓等級一般為110～220kV。供電給下一級變電站。4.1變電站的分類23電力網由變電站和不同電壓等級的輸電線路所組成，是聯接發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。其作用是輸送、控制和分配電能。一般分輸電網和配電網兩部分。按電壓等級，電力網分為低壓（1kV及以下）、高壓（1～330kV）、超高壓（330～1000kV）和特高壓（1000kV以上）幾種。5、電力網25輸電網一般由220KV及以上電壓等級的輸電線路和與之相連的變電站組成，是電力系統(tǒng)的主干線。輸電網將電能輸送到距離較遠的各地區(qū)配電網。目前，我國的幾大電網已經初步建成以500KV超高壓輸電線路為骨干的主網架。配電網將電能分配到各類用戶。它由110KV及以下電壓等級的配電線路和配電變壓器組成。5、電力網26②并網運行可以減少系統(tǒng)總用電負荷的峰值；可以利用水火互濟來節(jié)約能源，改善電網調節(jié)性能，提高對用戶供電的穩(wěn)定性。不同地區(qū)的電網互連后，會有明顯的“錯峰”效應。即不同地區(qū)的用電負荷高峰不會在同一時間發(fā)生，因為各地存在著時差和氣候差。實際看來，聯網后系統(tǒng)的最大負荷將小于聯網前各地區(qū)最大負荷的總和。5.1電力系統(tǒng)并網運行29并網運行的電力系統(tǒng)可以通過在發(fā)電廠之間合理分配負荷，實現水電和火電之間的相互調劑：豐水期可多發(fā)水電，少發(fā)火電，節(jié)約燃料；枯水期則多發(fā)火電以補充水電。5.1電力系統(tǒng)并網供電30③并網運行的電力系統(tǒng)可減小總后備容量的比重，降低電站綜合投資和電能生產費用。為避免系統(tǒng)中某一臺發(fā)電機故障退出運行而使一些用戶停電，一般都使裝機容量大于最大用電負荷，即留有備用容量。由于備用容量是可以在整個系統(tǒng)中互相通用的，因此電力系統(tǒng)中總容量越大，備用容量的比重就可以減小。提高系統(tǒng)經濟性。5.1電力系統(tǒng)并網供電31由于電力系統(tǒng)的并網運行，各發(fā)電廠的機組之間可以相互備用，因此可以錯開檢修時間，系統(tǒng)的總備用容量一般只需系統(tǒng)總容量的10％～15％，遠小于各發(fā)電廠孤立運行時單站的備用容量之和。5.1電力系統(tǒng)并網供電32根據用電設備在生產中的作用，以及供電中斷對人身和設備安全的影響，電力負荷通常分三類：一類負荷：必須由雙獨立電源雙回路供電，并且當任何一個電源失去時，另一電源能保證對全部一類負荷的持續(xù)供電。二類負荷：應由單電源雙回路供電，并且當任何一條回路失去時，另一回路能保證對全部二類負荷的持續(xù)供電。三類負荷：一般由單電源供電，允許長時停電。6、電力負荷分類及對電源的要求33（1）頻率我國的技術標準規(guī)定電力系統(tǒng)的額定頻率是50HZ。對大型電力系統(tǒng)，頻率的允許偏差不超過0.2HZ,對中小型電力系統(tǒng)，頻率的允許范圍不超過0.5HZ。當頻率偏差超出允許值時，異步電動機轉速會升高或降低，除使功率損失增加，經濟性降低外，還會使某些對轉速有嚴格要求的工業(yè)部門產品質量下降，甚至會產出廢品。三、電能的質量標準34（2）電壓所有用電設備都應當按照其設計的額定電壓運行，一般僅允許有5%的波動范圍。電壓過高，許多用電設備都會損壞。電壓過低，許多用電設備都不能正常工作。對異步電動機而言，電壓過低時，其輸出轉矩顯著降低，轉差加大，電流加大，溫度升高，甚至還會使電動機燒毀。三、電能的質量標準35（一）電壓等級的選用應考慮以下幾方面一方面，在輸電距離和輸電容量一定的條件下，選用較高的電壓等級，能使線路上的電流小，線路功率損耗和電能損耗低，電壓損失也小。同時也可選用較小的導線截面。另一方面，線路電壓越高，線路的絕緣越要加強，導線相間距離和對地距離都要相應增加，使線路桿塔尺寸及造價上升；同時，變壓器和開關設備的投資也相應增大。綜合兩方面的因素，在選擇電壓等級時，應當進行細致的技術經濟比較。四、電力系統(tǒng)的電壓等級36（二）我國規(guī)定三相交流電網和電力設備的額定電壓（線電壓，下同），如表2.1所示。1、電網的額定電壓電網的額定電壓是指電力線路以及與之相連的變電站匯流母線的額定電壓。四、電力系統(tǒng)的電壓等級372、用戶設備的額定電壓國家規(guī)定：用電設備的額定電壓等于同級電網的額定電壓。實際運行中，用電設備的電壓允許有5%的偏差范圍。而供電線路由于電流流動后產生的電壓降，線路首端電壓要高些，末端電壓低些。接于不同地點的用電設備所受電壓有所不同，兩者剛好相互適應。四、電力系統(tǒng)的電壓等級383、發(fā)電機的額定電壓發(fā)電機的額定電壓規(guī)定比同級電網的額定電壓高5%。這是考慮到電力線路允許有10%的電壓損耗，線路末端允許比電網額定電壓低5%，兩者剛好適應。四、電力系統(tǒng)的電壓等級394、電力變壓器的額定電壓（1）電力變壓器一次繞組的額定電壓當變壓器直接與發(fā)電機相連時，變壓器一次繞組的額定電壓應當與發(fā)電機額定電壓相同；當變壓器不是與發(fā)電機直接相連，而是接于某